富水炭质板岩蠕变力学特性试验研究

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板岩是由泥质岩石经较浅的区域变质作用而形成,由于复杂的应力历史,微观上表现为,板岩的矿物组分及组织结构发生复杂变化,宏观上表现为,存在流动扭曲褶皱、流劈理、片理等极为明显的不均匀性和各向异性。随着我国西部高海拔地区隧道工程的发展,炭质板岩是深埋隧道施工中常见的岩体,伴随着高地应力、围岩软弱破碎、地下水赋存等众多因素,深部富水炭质板岩蠕变效应成了此类地区隧道施工的难点,国内外学者对炭质板岩的蠕变做了许多研究,得到了许多有价值的研究成果,但因隧道围岩环境的千差万别,深部富水炭质板岩的蠕变力学特性仍值得研究和探讨。本文在前人的研究基础上,在富水炭质板岩隧道初期支护出现大变形的里程段采集试样,通过电镜扫描、X衍射、瞬时力学试验及单轴分级加卸载蠕变试验,研究了其组成成分、微观结构、瞬时力学特性及蠕变力学特性。(1)深部富水炭质板岩主要由石英(SiO2)、白云母(KAl2[AlSi3O10](OH)2)、钠长石(Na[AlSi3O8])及少量石墨(C)组成,白云母单晶体之间有沉积物风化作用收缩形成的微观孔隙,水的润滑作用、水楔作用及潜蚀作用导致矿物结构遭到破坏,微孔隙与裂隙增大,使得岩石宏观上表现为单轴压缩瞬时强度、弹性模量显著降低,泊松比、峰值应变略有增大。(2)由于富水,深部炭质板岩的蠕变量及蠕变速率增大,尤其对瞬时塑性应变、黏弹性应变的增大效果明显,同时,从等应变速率曲线凹陷应变轴可以看出,水的损伤劣化作用使得岩石蠕变呈现非线性变形发展,显著的减小了岩石长期强度,由于岩石各向异性特点,以上现象在轴向方面较侧向方面更明显。(3)随着应力水平的增大,由于矿物微孔隙与裂隙的闭合,深部富水炭质板岩抵抗变形能力逐渐增大,瞬时变形模量总体呈现逐渐增大趋势,蠕变变形及速率增大,且存在蠕变应力阈值σk,当应力达到σk时,蠕变出现减速蠕变、稳定蠕变阶段,同时,侧向蠕变应力阈值小于轴向蠕变应力阈值。(4)通过试件测定含水率,结合试验结论,建立考虑含水率与瞬时塑性应变的改进西原模型,采用Origin软件自定义函数,对试验数据进行拟合,确定了模型的参数,并且拟合程度较好,能够合理的描述含水率对蠕变变形的规律。
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